Design Racional de Nanopartículas de Bi para Redução Eletroquímica Eficiente de CO2: A Elucidação dos Efeitos do Tamanho e da Condição da Superfície

Reportamos uma conversão eletroquímica eficiente de CO2 em CO em nanopartículas de bismuto (NPs) ativadas na superfície em acetonitrila (MeCN) sob condições ambientes, com a assistência de 1-butilo-3-metilimidazol trifluorometanosulfonato (bmimOTf). Através da comparação entre filmes de Bi eletrodepositados (Bi-ED) e diferentes tipos de NPs de Bi, demonstramos, pela primeira vez, os efeitos do tamanho do catalisador e da condição da superfície na redução eletroquímica de CO2 na fase orgânica. Nosso estudo revela que a camada inibidora na superfície (surfactantes hidrofóbicos e espécies de Bi3+) formada durante o processo de síntese e purificação dificulta a redução de CO2, levando a uma queda de 20% na eficiência faradaica para a evolução de CO (FECO). O tamanho das partículas de Bi mostrou um efeito significativo na FECO quando a superfície de Bi foi oxidada pelo ar, mas esse efeito do tamanho na FECO tornou-se negligenciável em NPs de Bi ativadas na superfície. Após a ativação da superfície (tratamento com hidrazina) que removeu efetivamente a camada inibidora nativa, NPs de Bi ativadas de 36 nm exibiram uma conversão quase quantitativa de CO2 em CO (96,1% FECO), e uma atividade de massa para a evolução de CO (MACO) de 15,6 mA mg–1, que é três vezes maior que a do Bi-ED convencional, a -2,0 V (vs Ag/AgCl). Este trabalho elucida a importância da ativação da superfície para uma conversão eletroquímica eficiente de CO2 em NPs metálicas e pavimenta o caminho para entender o mecanismo de redução eletroquímica de CO2 em meios não aquosos.